CC BY
145
The article is dealt with questions of improvement the cutting tool’s performance and durability, during the cutting process at the expense of temperature criterion. The choice and basic criterion of optimization the cutting regimes by temperature criteria are given. Based on the proposed procedure of optimal control, suggested a structural scheme of the control system that provides the attainment of maximum productivity in cutting process.
Key words: Cutting, temperature, control, regime.
Salnikov V.S., Doctor of Engineering, professor, tst a tsii.tiila.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Hoang Van Chi, master, hc.mrcool@gmail.com. Russia, Tula, Tula State University
УДК 676.029
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТЕЙ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
А.С. Дударев
Представлены требования и показатели качества обработанной поверхности полимерных композиционных материалов при сверлении, разрезке и фрезеровании.
Ключевые слова: полимерные композиционные материалы, сверление, фрезерование, разрезка, шероховатость.
Качество поверхности ракетно-космической техники (РКТ) играет исключительно важную роль в обеспечении высоких эксплуатационных показателей изделий.
В процессе изготовления изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ) на его поверхности возникают неровности: в слоях материала изменяются структура и химический состав, а также физикохимические и эксплуатационные свойства изделий [5].
Одним их важнейших составляющих качества поверхности является её шероховатость, которая в настоящее время нормируется ГОСТ 2514282 [2] и ГОСТ 2789-73 [1]. Указанные ГОСТы распространяются на различные материалы, однако специфика свойств ПКМ в них не учтена, поэтому исследование качества поверхности ПКМ, в частности их шероховатости после механической обработки, имеет большое практическое значение.
При рассмотрении ПКМ, обладающих специфическими свойствами в первую очередь из-за своей структуры, анизотропности, наличия арми-
рующих волокон, механическая обработка порой существенно изменяет свойства их поверхностного слоя, а следовательно, и эксплуатационные показатели.
Качество обработанной поверхности ПКМ изделий РКТ регламентируется отраслевыми стандартами (ОСТ).
Для РКТ основными характеристиками неровностей ПКМ, образованных в результате воздействия режущего инструмента, являются:
1) шероховатость;
2) огранка;
3) волнистость;
4) отклонение формы;
5) размеры вырывов и сколов;
6) размеры трещин и царапин;
7) длина ворсистости.
Структуру поверхности исходного материала, включая углубления, наличие раковин, пор, трещин и др., регламентируют нормативнотехнической документацией на материал.
Специфика обработки ПКМ обусловлена строением и структурой армирующих волокон (наполнителя) в общей среде изделия [3].
В отечественной промышленности для ПКМ применяют различные типы наполнителей, поэтому рассмотрим различные группы материалов и сведём их в табл. 1.
Таблица 1
Группы и марки ПКМ
Наименование группы материала Вид наполнителя Марка типового представителя ПКМ
Стекловолокниты Стекловолокно, стеклонить РТП-170 ОСТ 92-1445
Углепластики Прошивное полотно ПВП УССП ТУ ЗЗУ.0353.007
Углерод-углеродные материалы Нить УКН-5000 КИМФ ОСТ 92-1364
Достигаемые согласно отраслевым требованиям значения параметра среднего арифметического отклонения профиля Ra после механической обработки ПКМ указаны в табл. 2.
Огранку поверхности характеризуют неровностями постоянной величины в направлении подачи. Образование огранки вызвано кинематической схемой обработки, в результате которой возникает отклонение от круглости, и реальный профиль детали представляет собой многогранную
фигуру. Параметрами огранки являются высота И0 и шаг 80, которые измеряются в поперечном сечении детали. При необходимости максимально допустимые значения параметров И0 и шаг 80 регламентируют конструкторской документацией.
Таблица 2
Шероховатость обработанной поверхности, обеспечиваемая механической обработкой
Марка материала Вид механической обработки Диапазон параметра шероховатости, Яа , мкм
от 80 до 40 от 40 до 20 от 20 до 10 от 10 до 5 от 5,0 до 2,5 от 2,5 до 1,25 от 1,25 до 0,63 от 0,63 до 0,32
РТП-170 Сверление + + +
Разрезка +
УССП Сверление + +
Разрезка + +
КИМФ Сверление + +
Фрезерование + + + + +
Разрезка + + +
Волнистость поверхности представляет собой совокупность неровностей обработанной поверхности ПКМ, которые образуются в результате возникновения вибраций. Характеризуют волнистость поверхности высотой ИВ и шагом 8В. При необходимости параметры ИВ и 8в регламентируют конструкторской документацией изделий.
Г еометрическими характеристиками вырывов и сколов являются их небольшие габаритные размеры, включающие глубину вырыва или скола.
Согласно исследованиям [4] для образцов изделий РКТ из ПКМ получены значения неровностей обработанной поверхности (выкрашивания и сколы) в зависимости от параметра шероховатости после механической обработки. Значения неровностей для фрезерования приведены в табл. 3, а для сверления-в табл. 4.
Ворсистость ПКМ определяют длиной ворса, выступающего над поверхностью материала и при необходимости регламентируют конструкторской документацией.
Таблица 3
Значение неровностей обработанной поверхности в зависимости от параметра шероховатости при фрезеровании
Вид допустимых неровностей Значения неровно- стей Марка ПКМ
РТП-170 УССП КИМФ
Значения параметра Яа, мкм, не более
Сколы элементов композиции по кромке глубиной до, мм 2,0 - - 10,0
0,5 “ “ 2,5
Площадь отдельных выкрашиваний участков связующего до, мм2 3,0 - - -
1,0 - - 10,0
0,1 - - 2,5
Таблица 4
Значение неровностей поверхности в зависимости от параметра шероховатости обработанной поверхности
при сверлении
Вид возможных допустимых неровностей Значения неровностей Марка ПКМ
РТП-170 УССП КИМФ
Значения параметра Яа, не более мкм
Расслоения элементов наполнителя глубиной до, мм 1,5 2,50 2,50 20,0
0,5 1,25 5,00 2,5
Сколы элементов композиции по кромке глубиной до, мм 3,0 5,00 2,50 20,0
2,0 2,50 1,25 10,0
0,5 1,25 - 5,0
Площадь отдельных выкрашиваний участков связующего до, мм2 3,0 - - 80,0
1,0 5,00 10,00 20,0
0,3 1,25 2,50 10,0
При механической обработке ПКМ происходит нарушение целостности поверхностного слоя как за счёт снятия имеющегося на поверхности отформованного изделия (например, оболочки, полученной методом на-
мотки) слоя полимеризованного связующего, выполняющего защитную функцию от воздействия внешних факторов, так и за счёт перерезания армирующих волокон.
Список литературы
1. ГОСТ 2789-73. Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики.
2. ГОСТ 25142-82. Шероховатость поверхности. Термины и определения.
3. Дударев А.С. Повышение эффективности и качества обработки отверстий на основе стабилизации процесса сверления изделий из полимерных композиционных материалов: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Пермь: ПГТУ, 2009. 20 с.
4. Руководящие материалы по механической обработке (сверление, фрезерование) алмазным инструментом деталей из полимерных композиционных материалов: отчёт ОКР/рук. и отв. испол. Дударев А.С. Пермь: ОАО «ПЗ «Машиностроитель», 2012. 162 с. Деп. в ФКА РФ 06.11.12 №610/2184.
5. Сулима А.М., Шулов В.А., Ю.Д. Ягодкин. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. М: Машиностроение, 1988. 240 с.
Дударев А.С., канд.техн. наук, доц., (342), ktn80aniail.ni. Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
THE REVIEW OF PARAMETERS OF QUALITY OF PRODUCTS FROM POLYMERIC
COMPOSITE MA TERIALS
A.S. Dudarev
The requirements and parameters of quality of the processed surface of polymeric composite materials are submitted at drilling, cutting and milling.
Key words: polymeric composite materials, drilling, milling, roughness.
Dudarev A.S., candidate of technical sciences, docent, ktn8() a.mail.ru. Russia, Perm, Perm National Research Polytechnical University
